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概覽 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)是一種將屏幕上的虛擬世界與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景相結(jié)合的技術(shù)，使用Ansys的完整光學(xué)解決方案來(lái)設(shè)計(jì)和分析瞳孔擴(kuò)展器EPE衍射光柵構(gòu)成的AR系統(tǒng)，將Zemax OpticStudio的光學(xué)透鏡系統(tǒng)信息和Lumerical的光柵信息導(dǎo)入到Speos中，對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)性能分析，使用Speos在3D環(huán)境中模擬整個(gè)AR光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，這個(gè)互操作性工作流捕獲了光柵微結(jié)構(gòu)和透鏡的宏觀結(jié)構(gòu)之間的相互作用

在這個(gè)聯(lián)合方案中，將介紹一個(gè)仿真工作流程來(lái)分析單色AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))系統(tǒng)的光學(xué)性能，用Zemax OpticStudio設(shè)計(jì)的光學(xué)透鏡系統(tǒng)和用 Lumerical設(shè)計(jì)光柵結(jié)構(gòu)，到Speos進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)分析。

繞射光學(xué)元件（DOE）和超表面/超穎透鏡在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中越來(lái)越受歡迎，其應(yīng)用範(fàn)圍從手機(jī)鏡頭到AR / VR耳機(jī)，從3D傳感到照明。但是，對(duì)於包含 DOE 或超穎透鏡的系統(tǒng)進(jìn)行模擬和設(shè)計(jì)總是很棘手的。沒(méi)有通用的方法可以處理所有情況。設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)具體情況決定其系統(tǒng)的策略。

要了解有關(guān)如何對(duì)基本系統(tǒng)，邁克森干涉儀進(jìn)行建模並演示實(shí)現(xiàn)深度掃描的相干門效應(yīng)的更多信息，Zemax客戶可以在MyZemax.com上取得此知識(shí)庫(kù)文章的全部?jī)?nèi)容以及整個(gè)系列文章。 或請(qǐng)聯(lián)繫Zemax銷售團(tuán)隊(duì)以了解有關(guān)OpticStudio的更多訊息。

Ansys光學(xué)仿真套件構(gòu)建了Zemax OpticStudio+Lumerical +Speos一體化設(shè)計(jì)仿工作流，覆蓋投影鏡頭設(shè)計(jì)、亞波長(zhǎng)光柵建模、系統(tǒng)級(jí)光學(xué)集成分析全流程。其中Ansys Speos作為系統(tǒng)級(jí)仿真核心工具，可實(shí)現(xiàn)多軟件數(shù)據(jù)無(wú)縫對(duì)接、三維環(huán)境光學(xué)仿真、人眼視覺(jué)感知評(píng)估，為車載AR HUD光學(xué)性能優(yōu)化、成像質(zhì)量校驗(yàn)、雜散光抑制提供專業(yè)仿真支撐。

波前的計(jì)算當(dāng)我們說(shuō)波前時(shí)，事實(shí)上通常是指波前 “差”，或是光程差，指的是同一件事。OpticStudio預(yù)設(shè)使用出瞳作為波前差的計(jì)算參考。因此，當(dāng)我們要計(jì)算一條光線的OPD時(shí)，此光線會(huì)從物面出發(fā)後一路追跡穿過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，最終到達(dá)像面後，在循原方向後退追跡到 “參考球面”。此參考球面的球心是主光線與像面的交點(diǎn)，半徑是主光線與像面交點(diǎn)到主光線與出瞳面的焦點(diǎn)。

如果厚度從t到t'發(fā)生變化，則可以透過(guò)修改K∥計(jì)算出新的光柵向量，如方程式（4）。圖 4. 當(dāng)全像材料收縮時(shí)，厚度從t 減少到 t'。我們現(xiàn)在已經(jīng)介紹了體積全像圖模型的基礎(chǔ)知識(shí)。要了解有關(guān)如何在 OpticStudio 中應(yīng)用該理論、如何設(shè)置序列和非序列系統(tǒng)以及下載範(fàn)例系統(tǒng)的更多信息，您可以在此處取得本知識(shí)庫(kù)文章的全部?jī)?nèi)容。

物平面通常是設(shè)定在無(wú)限遠(yuǎn)，雖然一個(gè)近的物平面可以用來(lái)達(dá)成不同的鏡片設(shè)計(jì)。下面的例子展示了設(shè)計(jì)的原則。無(wú)窮遠(yuǎn)的光線經(jīng)過(guò)一個(gè)-3.00D的透鏡後發(fā)散，並在半徑1/3公尺遠(yuǎn)點(diǎn)球上形成一個(gè)虛像，此時(shí)遠(yuǎn)點(diǎn)球的球心在透鏡後表面的頂點(diǎn)上。我們可以發(fā)現(xiàn)任何角度入射的光線，最後都能順利的經(jīng)過(guò)瞳孔。在範(fàn)例檔案中我們以視場(chǎng)角15°和30°進(jìn)行印證，但要注意的是其實(shí)許多眼鏡的設(shè)計(jì)允許配戴者能有50°以上的視角。

Ansys 旗下三款主要的光學(xué)產(chǎn)品是 Lumerical 負(fù)責(zé)微納波動(dòng)光學(xué)，Zemax 主要是幾何光學(xué)也有涉及到衍射和物理光學(xué)等等。另外就是 Speos，它可以承擔(dān)后端的非序列追跡任務(wù)和環(huán)境渲染，人眼響應(yīng)的系統(tǒng)級(jí)仿真。這三款軟件跟 Ansys 的 OptiSLang 的聯(lián)動(dòng)非常頻繁，在我們的 work flow 里邊，我們有不同的流程都可以涉及到 OptiSLang。

Alvarez變焦是一個(gè)了不起的光學(xué)系統(tǒng)，其中光學(xué)變焦是由自由曲面鏡頭的橫向位移提供的。這篇解釋了 Alvarez 變焦鏡頭的主要原理，並包括在 Zemax OpticStudio 中對(duì) Alvarez 變焦鏡頭計(jì)算和建模的演示。Luis Walter Alvarez（生於1911 年 6 月 13 日 – 卒於1988 年 9 月 1 日）是美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家、發(fā)明家和教授。

然后，這些結(jié)果被導(dǎo)出為L(zhǎng)SWM JSON格式，該文件適合使用腳本文件導(dǎo)入到Speos或Zemax中。要查看如何在Speos中使用此JSON文件的范例，請(qǐng)參閱Zemax Lumerical Speos 聯(lián)合實(shí)現(xiàn)衍射光波導(dǎo)AR系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真。參考文獻(xiàn)：[1] Jonathan S. Maikisch and Thomas K.

這種設(shè)計(jì)極大的優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得AR光學(xué)成像系統(tǒng)體積急劇縮小，引起產(chǎn)業(yè)矚目。基于此，Ansys將于8月20日推出「衍射光波導(dǎo)的HUD聯(lián)合工作流」主題網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)。本次研討會(huì)將討論如何通過(guò)Ansys光學(xué)產(chǎn)品進(jìn)行HUD的設(shè)計(jì)和仿真，并重點(diǎn)介紹如何結(jié)合 Ansys Zemax與Lumerical的動(dòng)態(tài)連接工作流程進(jìn)行衍射光波導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，助力AR-HUD的產(chǎn)品研發(fā)，加速上市流程。

Speos 傳感器系統(tǒng)SSS導(dǎo)出器，用于組合 Speos 和 Lumerical 結(jié)果，并生成傳感器捕獲的電子地圖由于此示例需要 Lumerical、Zemax OpticStudio 和 Speos 仿真，因此我們主要將自己限制為 Speos 仿真，如以下步驟所述：第 1 步：使用 Zemax OpticStudio 進(jìn)行鏡頭系統(tǒng)設(shè)計(jì)在此步驟中，我們?cè)?em>Zemax OpticStudio

仿真流程是：在Lumerical 對(duì)具有平面疊層和/或周期圖案的納米尺度結(jié)構(gòu)建模并求解后，將結(jié)果輸出作為光學(xué)表面屬性，用于幾何光學(xué)模型中仿真。這些結(jié)構(gòu)的典型例子是涂層和衍射光柵，其特征尺寸與光的波長(zhǎng)相當(dāng)或更小。描述表面散射的數(shù)據(jù)以JSON文件格式儲(chǔ)存，并作為表面屬性加載到Speos或Zemax OpticStudio中。

一旦確定了由這些解決方案中的任何一個(gè)定義的光束的輸入分佈，就會(huì)使用 POP 將光束傳播通過(guò)感興趣的光學(xué)系統(tǒng)。博文作者:Kerry Herbert歐洲市場(chǎng)經(jīng)理Zemax知識(shí)庫(kù)文章作者:Sanjay Gangadhara首席技術(shù)官Zemax參考文獻(xiàn) Siegman, A. E. 1986. Lasers.

在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器(LDE)和非序列元件編輯器(Non-Sequential components editor)，我們可以在Jones Matrix後方的欄位輸入各元素的實(shí)數(shù)及虛數(shù)部分，以定義不同的Jones Matrix。有一點(diǎn)必須要特別注意的，Jones Matrix並不會(huì)因?yàn)镋z的變化產(chǎn)生改變 (系統(tǒng)預(yù)設(shè)入射光垂直入射偏振片)。

Ansys Lumerical套件、Ansys Speos軟件和Ansys Zemax OpticStudio軟件都可以對(duì)衍射光學(xué)元件進(jìn)行仿真。在Lumerical套件中，可以使用FDTD和RCWA求解器對(duì)單個(gè)組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，而在OpticStudio軟件中，可以對(duì)DOE的性能進(jìn)行分析。這些軟件包使您能夠同時(shí)對(duì)單個(gè)透鏡或多個(gè)透鏡進(jìn)行仿真。

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主題4：SPEOS在VR/AR的視覺(jué)仿真應(yīng)用 簡(jiǎn)介：介紹SPEOS在VR/AR領(lǐng)域中的應(yīng)用，并透過(guò)其強(qiáng)大的光學(xué)整合能力，匯入Zemax與Lumerical的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的仿真分析，也會(huì)分享其環(huán)境場(chǎng)景與雙眼視差融合的應(yīng)用，更接近真實(shí)人眼的效果。

在汽車行業(yè)之外，LiDAR用於移動(dòng)設(shè)備，用於增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、測(cè)量距離以及模糊照片和影片中的背景等功能。在這篇文章中，我們將展示如何使用ZOS-API創(chuàng)建使用者分析來(lái)測(cè)量LiDAR系統(tǒng)的飛行時(shí)間(TOF)。分析將讀取ZRD檔，提取資料並繪製到達(dá)探測(cè)器的射線的飛行時(shí)間。什麼是自訂分析？